“diseño, optimización y construcción de un horno de recalentamiento utilizando resistencias eléctricas y el software solidwork.”
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Date
2016
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Publisher
Universidad Nacional de Trujillo
Abstract
En esta Investigación Tecnológica realizamos el diseño, optimización y construcción de un horno de recalentamiento utilizando resistencias eléctricas y el software SolidWorks 2013. El propósito de la Investigación es demostrar la eficiencia de utilizar softwares y MEF (Método de Elementos Finitos), la cual permite analizar propiedades térmicas, eléctricas, mecánicas de una manera precisa haciendo cálculos por elementos que forman parte de un todo o un cuerpo de geometría y forma irregular, para mejorar la calidad de trabajo que se realiza en las diferentes áreas de la ingeniería, utilizando estas herramientas CAD (Diseño Asistido por Ordenador) y CAE (Ingeniería Asistida por Ordenador) demostramos que se pueden optimizar tiempo, recursos, dinero y obtener resultados de buena calidad. Para realizar este proyecto se realizó una búsqueda y recopilación bibliográfica de Diseño Mecánico, Uso de Software para Diseño, Horno de Resistencia y Mecanismos de Transferencia de Calor, necesarios para poder seguir con el método de elementos finitos (MEF), seguido de una investigación de los diferentes materiales con buenas propiedades térmicas que se encuentran en el mercado nacional. Consideramos 4 materiales térmicos, ladrillos refractarios-aislantes neutros de Al2O3 – SiO2 que poseen una densidad de 770 kg/m3 y una conductividad térmica que caría de acuerdo a la temperatura en un rango de 0.22-0.32 W/m°K, tabla de fibra cerámica de Al2O3 tiene propiedades aislantes y refractarias, baja densidad soporta una temperatura de trabajo de 1538 °C, manta de fibra cerámica de Al2O3 que resiste una temperatura de 1482 °C es ideal como refractario y aislante y lana mineral silicoaluminosa de baja densidad cuya conductividad térmica es de 0.003 w/m°k, sometidos estos materiales a diseños básicos en orden de acuerdo a sus propiedades logramos analizar su conductividad térmica midiendo la temperatura de la pared exterior del horno, mediante el software Solid Works teniendo en cuenta la temperatura interna de trabajo a 1100°C la cual es la temperatura a la que se desea que el horno llegue y los diferentes parámetros que intervienen en el proceso de calentamiento de un horno, tales como diseño del horno, materiales seleccionados, espesor de paredes, defectos y discontinuidades de los materiales. Para la selección del mejor modelo se tomó en cuenta la temperatura de las caras externas del horno, su peso, total de materiales térmicos y su revestimiento de acero, con su mano de obra. De los 4 modelos de horno basados en espesor de pared y tipo de material, el modelo de horno seleccionado fue el que tiene como materiales tabla de fibra cerámica de 2”, manta de fibra cerámica de 3”, a este modelo volvemos a mejorarlo con un rediseño final que asegure estabilidad térmica y facilidad de construcción. A este diseño final lo sometemos una vez más a un análisis térmico transitorio, para ver la evolución y el perfil de temperatura a través de las paredes del horno evaluando las dimensiones, forma y distribución de los materiales, tomando la temperatura inicial, las propiedades intrínsecas de los materiales de las paredes del horno como densidad y conductividad térmica. Teniendo en cuenta estos resultados pasamos a la adquisición y construcción del modelo de horno seleccionado para validar los resultados del software SolidWorks.
Description
In this Technology Research we conducted the design, optimization and construction of a reheat furnace using electric heaters and SolidWorks 2013 software. The purpose of the research is to demonstrate the efficiency of using software and FEM (Finite Element Method), which allows you to analyze thermal, electrical, mechanical properties in a precise manner by calculations of elements that are part of a whole or a body geometry and irregular shape, to improve the quality of work done in different areas of engineering, using these CAD (Computer Aided Design) and CAE tools (Computer Aided engineering) showed that you can optimize time, resources, money and obtain good quality results. To make this project a search and bibliography Mechanical Design, Use of Software Design, oven Resistance and Heat Transfer mechanisms necessary to continue with the finite element method (FEM), followed by an investigation was conducted different materials with good thermal properties that are in the domestic market. We consider four thermal materials, neutral refractory insulation bricks-Al2O3 - SiO2 having a density of 770 kg / m3 and a thermal conductivity that would you rate according to the temperature in a range from 0.22 to 0.32 W / m ° K, fiberboard ceramic Al2O3 has insulating and refractory properties, low density supports a temperature of 1538 ° C, ceramic fiber blanket Al2O3 resisting a temperature of 1482 ° C is ideal as refractory insulation and mineral wool aluminosilicate low density with a conductivity temperature is 0003 w / m ° k, these materials subjected to basic designs in order according to their properties we analyze the thermal conductivity measuring the temperature of the outer furnace wall, Solid Works software by considering the internal temperature working at 1100 ° C which is the temperature at which it is desired that oven and the different parameters involved in the process of heating a furnace, such as furnace design, selected materials, wall thickness, defects and discontinuities materials. For selecting the best model it took into account the temperature of the outer surfaces of the oven, weight, total thermal materials and steel liner, with its workforce. Of the 4 oven models based on wall thickness and type of material, the model was selected oven whose ceramic fiber materials Table 2 "ceramic fiber blanket 3", this model back to improve it a final redesign to ensure thermal stability and ease of construction. In this final design we subject again to a transient thermal analysis for the evolution and the temperature profile through the furnace walls evaluating the size, shape and distribution of material, taking the initial temperature, the intrinsic properties materials of the furnace walls as density and thermal conductivity. Given these results we turn to the acquisition and construction of the model selected oven to validate the results of SolidWorks software
Keywords
Horno de recalentamiento